中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李云海研究組與浙江理工大學汪得凱團隊、中國水稻所錢前團隊、中科院遺傳發(fā)育所汪迎春團隊合作發(fā)現(xiàn)了調(diào)控水稻籽粒大小和粒重的新機制。為了解析水稻籽粒大小調(diào)控的分子機制和分子遺傳網(wǎng)絡，李云海研究組前期篩選了一系列水稻籽粒大小改變的突變體，克隆了多個籽粒大小調(diào)控基因；同時鑒定了多個籽粒大小調(diào)控QTL基因（Xu et al., Molecular Plant 2018;Xu et al., Plant Journal 2018；Duan et al., Molecular Plant 2017; Duan et al., Nature Plants 2015）。本研究對其中一個大粒突變體large1進行了系統(tǒng)研究。LARGE1編碼一個RNA結合蛋白OML4（MEI2-LIKE4）。large1突變體株高增加，種子變大，千粒重也顯著增加，而過表達OML4導致水稻籽粒變小，表明OML4是籽粒大小的負調(diào)控因子。細胞生物學分析表明OML4通過抑制穎殼的細胞擴展來調(diào)節(jié)籽粒大小。進一步研究發(fā)現(xiàn)OML4與蛋白激酶GSK2體內(nèi)、體外直接相互作用。GSK2是油菜素內(nèi)酯信號傳導過程中的關鍵調(diào)控因子，可以通過與多個不同的蛋白相互作用來調(diào)控植物的生長發(fā)育。生化分析發(fā)現(xiàn)GSK2可以磷酸化OML4，從而調(diào)控了OML4蛋白穩(wěn)定性。遺傳分析表明，GSK2與OML4作用于同一遺傳途徑調(diào)控水稻籽粒大小。該研究揭示了GSK2-OML4途徑調(diào)控水稻籽粒大小的新機制，為改良作物籽粒大小和提高作物產(chǎn)量提供了新的基因資源。

 

　　該研究成果于4月17日在線發(fā)表于The Plant Cell雜志（DOI: 10.1105/tpc.19.00468）。李云海研究組的呂佳、段朋根和劉亞培以及浙江理工大學的汪得凱為該論文的共同第一作者，李云海和錢前為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會和中科院先導專項的資助。

　　圖：GSK2-LARGE1/OML4途徑調(diào)控水稻籽粒大小分子遺傳機制。